地鐵車站轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議

劉 曦

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司建筑工程設(shè)計(jì)研究院， 四川 成都 610031）

0 引言

隨著近年來(lái)城市軌道交通的飛速發(fā)展，地鐵越來(lái)越方便人們的生活，與此同時(shí)地鐵與其他建構(gòu)筑物為了實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫”對(duì)接，例如高鐵、機(jī)場(chǎng)、城市綜合體等，就會(huì)出現(xiàn)地鐵頂板直接與上部建構(gòu)筑物相連，但由于建筑使用功能的要求，上部結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)往往與地鐵柱網(wǎng)不能統(tǒng)一，隨之而來(lái)需要在地鐵頂板或中板層設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行功能的轉(zhuǎn)換及荷載的傳遞。高層結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換形式較多，例如轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換厚板。本文通過(guò)一工程實(shí)例來(lái)詳細(xì)介紹地下工程轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)。

1 工程實(shí)例

本工程為某地鐵車站頂板上蓋為大型交通樞紐換乘中心，地鐵處于地下三層，上部結(jié)構(gòu)軸網(wǎng)為8.4x8.4米，由于地鐵使用功能要求，柱距較上部結(jié)構(gòu)大，軸網(wǎng)為12m×12m，同時(shí)與上部建筑平面成45°斜交，故在地鐵頂板范圍內(nèi)存在大量需要轉(zhuǎn)換的上部結(jié)構(gòu)柱，轉(zhuǎn)換層軸網(wǎng)見圖1。圓柱為停車場(chǎng)框架柱，方柱為地鐵車站框架柱，兩側(cè)墻體為地下車站側(cè)墻，中間墻體為地鐵車站中隔墻，剖面圖見圖2。

（1）結(jié)構(gòu)方案

由于上部結(jié)構(gòu)停車場(chǎng)功能與地鐵功能的差別，地鐵由于地鐵建筑、線路、限界的要求，框架柱的位置不能靈活布置，同時(shí)在垂直線路方向上限制柱寬；常規(guī)地鐵車站為縱梁?jiǎn)蜗虬弩w系，即延線路方向設(shè)置縱向梁，但由于該工程上部需轉(zhuǎn)換的框架柱較多，需橫向設(shè)置主要轉(zhuǎn)換梁，縱向設(shè)置次要轉(zhuǎn)換梁，作為拉結(jié)作用，形成交叉梁，增加結(jié)構(gòu)冗余度，系，將上部結(jié)構(gòu)荷載向地鐵外墻及中隔墻剛度大的構(gòu)件傳遞，此種結(jié)構(gòu)布置方式力傳遞直接合理。

圖1 轉(zhuǎn)換層柱網(wǎng)

圖2 地鐵轉(zhuǎn)換層剖面示意圖

（2）MidasGEN有限元分析轉(zhuǎn)換梁受力

轉(zhuǎn)換梁采用桿單元模擬，地鐵側(cè)墻及中隔墻均采用板單元模擬，側(cè)墻及底板均采用彈簧約束，約束剛度均根據(jù)地勘提供值確定。

圖3 地鐵轉(zhuǎn)換層局部MidasGEN模型

1）上部結(jié)構(gòu)框架柱在地鐵側(cè)墻正上方

當(dāng)轉(zhuǎn)換柱在地鐵側(cè)墻上，應(yīng)盡量保證地鐵側(cè)墻厚度大于上部結(jié)構(gòu)柱截面，保證上部結(jié)構(gòu)柱鋼筋錨固；若上部結(jié)構(gòu)框架柱混凝土強(qiáng)度高于地

鐵側(cè)墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)或上部結(jié)構(gòu)柱底軸力較大，須驗(yàn)算此處局部受壓強(qiáng)度，在上部結(jié)構(gòu)柱下對(duì)應(yīng)的墻內(nèi)設(shè)置暗柱可滿足局部受壓的要求；

圖4 地鐵側(cè)墻板面剪力圖FXX

圖 3中箭頭示意處為上部框架柱在側(cè)墻正上方，地鐵側(cè)墻頂部不設(shè)置轉(zhuǎn)換梁轉(zhuǎn)換，由于上部結(jié)構(gòu)柱底彎矩較小，地鐵側(cè)墻平面外受彎矩作用較小，在地鐵側(cè)墻在上部結(jié)構(gòu)柱下設(shè)置暗柱以增加配筋改善側(cè)墻受力。

2）轉(zhuǎn)換梁一端與地鐵側(cè)墻剛接局部處理

轉(zhuǎn)換梁一端與地鐵側(cè)墻剛接，此處墻體與框架梁剛接處面外彎矩較大，可根據(jù)有限元分析結(jié)果設(shè)置扶壁柱或暗柱，參照地上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)原則，在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JCJ3-2010》7.1.6條中剪力墻面外有樓面梁剛接時(shí)設(shè)置扶壁柱或暗柱，一般在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)置扶壁柱會(huì)影響限界要求，故設(shè)置暗柱合理。地鐵車站墻厚較厚且為面外為主要受力方向，暗柱高度取墻厚，寬度可按實(shí)際計(jì)算確定，但截面大小不小于上部結(jié)構(gòu)框架柱截面。地鐵外墻墻厚1000mm，暗柱尺寸采用2000x1000mm，即暗柱寬度采用兩倍墻厚。

圖5 地鐵側(cè)墻板面外彎矩圖MXX

圖 4中側(cè)墻頂部與轉(zhuǎn)換梁及次梁剛接處面外彎矩較大，在此處增設(shè)暗柱增加配筋以滿足側(cè)墻裂縫要求。

3）轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

《高規(guī)》中建議轉(zhuǎn)換梁轉(zhuǎn)換梁截面高度不宜小于計(jì)算跨度的1/8，本設(shè)計(jì)由于地鐵站臺(tái)層建筑限高，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)柱底軸力計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)組合最大軸力值11000KN，12米、10米跨度轉(zhuǎn)換梁截面尺寸均采用1000x2000mm。為避免形成梁比柱寬即扁梁的節(jié)點(diǎn)形式，轉(zhuǎn)換柱截面沿轉(zhuǎn)換梁寬方向均采用 1000mm寬，如若無(wú)法避免采用扁梁，需對(duì)框架節(jié)點(diǎn)處加強(qiáng)構(gòu)造并驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪承載力。

承載力使用狀態(tài)下，轉(zhuǎn)換梁截面大小是由剪壓比控制，對(duì)于地下結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換梁剪壓比控制為0.2，適當(dāng)提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)是可取的。同時(shí)轉(zhuǎn)換梁跨高比較小，易形成深受彎構(gòu)件或深梁。根據(jù)《混規(guī)》G.0.13，深受彎構(gòu)件的縱向受力鋼筋、箍筋及縱向構(gòu)造鋼筋的構(gòu)造與一般梁相同，但其界面下部1/2高度范圍內(nèi)和中間支座上部1/2高度范圍內(nèi)布置的縱向構(gòu)造鋼筋宜較一般梁適當(dāng)加強(qiáng)。設(shè)計(jì)時(shí)可通過(guò)加強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁的腰筋來(lái)滿足規(guī)范的要求。

4）轉(zhuǎn)換梁抗震等級(jí)確定

本工程位于抗震設(shè)防烈度6度區(qū)，根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，地鐵抗震設(shè)防類別為乙類，上部結(jié)構(gòu)停車樓地上五層，地下兩層，地下兩層抗震等級(jí)為三級(jí)，地鐵車站位于地下三層，抗震等級(jí)設(shè)定為三級(jí)較為合理。

5）轉(zhuǎn)換梁正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算

地下結(jié)構(gòu)對(duì)裂縫控制較嚴(yán)，一般迎土側(cè)裂縫控制為0.2mm，背土側(cè)為0.3mm；撓度按一般受彎構(gòu)件控制，由于地下結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁撓度對(duì)上部結(jié)構(gòu)受力有影響，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)撓度控制，參照《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，連續(xù)梁邊跨撓度不應(yīng)大于跨度1/800，中間梁跨度不應(yīng)大于跨度的1/700。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)本工程的分析設(shè)計(jì)，對(duì)地下結(jié)構(gòu)存在轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)的工程提出一些建議：

（1）地下工程轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)可參照地上結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁，其抗震等級(jí)相比地上結(jié)構(gòu)可適當(dāng)降低，方案設(shè)計(jì)時(shí)宜考慮雙向布置，增加結(jié)構(gòu)冗余度，其構(gòu)造可參照地上結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁；但相比地上結(jié)構(gòu)，平面應(yīng)變受力狀態(tài)的地鐵車站結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁對(duì)地下結(jié)構(gòu)整體影響較小。

（2）地下結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁應(yīng)適當(dāng)提高混凝土等級(jí)來(lái)滿足剪壓比的限值，同時(shí)適當(dāng)提高撓度限值以減小對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響，撓度限制可參照鐵路相關(guān)規(guī)范。

（3）地下結(jié)構(gòu)應(yīng)注重構(gòu)造，在側(cè)墻及中隔墻轉(zhuǎn)換梁支座處設(shè)置暗柱暗梁來(lái)改善局部應(yīng)力集中；適當(dāng)增加樓板厚度提高轉(zhuǎn)換梁承載能力。

（4）地下結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁一般截面較大，屬于大體積混凝土，且與上部結(jié)構(gòu)剛接，建筑平面不規(guī)則，受力情況復(fù)雜，后期的混凝土收縮及溫度應(yīng)力不容忽視，應(yīng)加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)及采取后澆帶及跳倉(cāng)法等方法控制混凝土開裂。

（5）組合結(jié)構(gòu)在地上結(jié)構(gòu)中已廣泛使用，未來(lái)對(duì)地下結(jié)構(gòu)中的組合結(jié)構(gòu)加強(qiáng)應(yīng)用和研究，減小鋼筋混凝土構(gòu)件截面，提高地下空間的使用效率。

[1]中華人民共和國(guó)住建部. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010-2010)[S]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2010.

中華人民共和國(guó)住建部. 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50157-2013)[S]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2013.

中華人民共和國(guó)住建部. 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2010)[S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2010.

中華人民共和國(guó)住建部. 城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50909-2014）[S].北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2014.

傅學(xué)怡.帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 1999, 20(2): 28-42.